基于多目标优化的发动机性能模型标定

本文引入多目标优化方法对发动机性能仿真模型进行标定。应用GTpower和ModeFrontier进行多目标优化标定,通过合理选择优化输入变量,以发动机扭矩和发动机比油耗作为目标变量,克服了传统标定方法耗时长,误差大(通常控制在5%以内)的缺点。仿真结果表明,应用多目标优化对性能仿真模型标定不仅具有速度快、精度高、智能化等优点还能提供输入输出相关性分析,为发动机后续设计开发提供技术依据。     

多因素多目标国Ⅴ排放生物柴油混合燃料发动机性能优化

在一台国Ⅴ排放高压共轨柴油机上燃用20%生物柴油-柴油混合燃料,通过调节共轨压力、主喷定时、预喷定时、预喷油量、后喷定时、后喷油量6个喷油控制参数研究生物柴油发动机的多因素多目标优化方法。采用混合试验设计方法分别针对低、中、高转速下的低、中、高负荷9个工况点设计试验方案,并进行台架试验采集发动机性能及排放数据。根据试验结果用混合径向基函数神经网络模型(Hybrid RBF)拟合发动机各项性能指标数学模型,设计优化方程并利用组合优化算法求解以比油耗(BSFC)最小和氮氧化物(NO_x)排放最小为目标的全局多目标最优解,弥补了传统发动机优化标定方法单因素逐一优化的局限性。优化结果使得所选取的9个工况点的BSFC平均降幅为1.31%,同时NOx排放平均降幅高达24.59%。     

国六柴油机闭式曲轴箱通风系统设计及试验研究

为满足国六排放标准要求,越来越多的柴油机采用闭式曲轴箱通风系统,采用闭式曲轴箱通风系统后,曲轴箱的污染物将经过发动机的进气系统、燃烧系统和后处理系统最后排入到大气中,这些曲轴箱污染物给发动机增压器和后处理器带来了效率和寿命降低的问题,同时也给整机密封性带来了新的挑战,通过采用从概念设计到试验验证的正向设计流程,运用数值模拟和匹配计算的方法,设计了闭式曲轴箱通风系统,开发结果显示,新的系统方案能够解决闭式曲轴箱通风系统带来的问题,为后续国六机型开发提供了一种解决方案。     

永磁活塞机械电力发动机电动力结构集成设计优化

为优化永磁活塞机械电力发动机的电动力结构,在分析结构原理的基础上,建立其工作过程的三维有限元模型,并进行了试验验证。以输出电流最大和损耗最小为目标,建立了电动力结构的设计优化模型。基于ISIGHT优化设计框架集成ANSOFT Maxwell下的三维有限元模型,利用NSGA-II遗传算法对电动力结构进行多目标设计优化。结果表明：电动力结构的输出电流和损耗值受多个尺寸影响,其中动子永磁体的尺寸影响最大,且存在最优值。优化后空载电势有效值为28.2V,提高了27.8%;电流有效值为0.8A,提高了27%;电磁力最大值为11N,提高了19%;损耗有效值为4.2w,降低了41.1%,发动机性能得到明显改善,验证了优化方法的有效性。     

基于耦合SWMM模型和NSGA-Ⅱ算法的多目标低影响开发措施优化设计方法及应用

低影响开发(LID)措施被广泛用于调控由极端降雨和城市扩展所导致雨洪灾害,但其设计常忽略水文控制目标和建设成本等多目标关系。利用基于耦合SWMM模型和NSGA-Ⅱ算法的多目标低影响开发措施优化设计方法,以径流总量削减率和LID措施建设成本为目标,以土地利用现状等为约束条件,对广州某地块进行优化设计。结果表明,该方法能针对区域现状和目标条件计算出最优LID措施的空间布局和面积;揭示径流总量削减率与LID措施建设成本之间的关系;计算某径流总量削减率的最优LID措施布设方案。在径流总量控制目标提出的背景下,该算法为海绵城市设计提供了一种新的计算工具。     

柴油机燃烧数值模拟研究与参数优化

以某单缸直喷柴油机为例,运用法国AMESim软件的发动机燃烧仿真模块IFP-Engine建立了柴油机燃烧数值模型。以压缩比、供油提前角为设计参数,进行燃烧数值模拟研究,并根据仿真结果对参数进行了优化,为发动机的设计和开发提供了一种有效的研究方法。     

基于转动振动控制的发动机前端附件带传动系统优化

针对由单根多楔带驱动的发动机前端附件皮带传动系统的转动振动问题,阐述了多带轮传动系统的转动振动模型及其求解方法.为了控制系统的转动振动,以自动张紧器关键参数为设计变量,以张力波动幅值、初始张力与张紧臂摆振幅度等指标最小为目标建立了3种优化模型.选用并实现了一种改进的坐标轮换方法以寻求最优解.对一个6缸发动机前端附件带传动系统进行了优化,通过对比不同优化方案的结果,指出了多目标优化的有效性.     

基于实际工况的LPG发动机排放控制参数优化

为减少发动机在实际工况中的污染物排放量,以广州市城市公交客车用典型(LPG)发动机为研究对象,结合广州市实际道路工况特点,通过台架试验分析了该发动机的排放性;根据发动机工况、排放控制参数与排放性之间的关系,通过试验设计,建立了该发动机统计学数学模型,结合多目标优化算法,对其主要排放控制参数进行了优化;将优化前后的控制参数分别导入LPG发动机一维仿真模型中,进行了广州市典型道路工况下的性能仿真试验。仿真试验结果对比表明:试验工况下,排放控制参数优化后,LPG发动机HC、CO累计排放量分别减少9.5%、21.0%,转矩最大增加22.6%,但NO累计排放量增加2.7%。     

梯级水电站多目标兴利调度建模及求解

鉴于流域梯级水电站联合运行是一类多目标、高维数、多约束的复杂优化问题,以流域梯级总发电量最大和最小下泄流量最大为目标,建立梯级水电站多目标兴利调度模型。同时,结合Pareto优化理论的数学描述方法,提出了适用于多目标优化问题求解的双种群多目标粒子群算法(DPPSO),通过构建外部精英种群及其更新维护模式,为原始种群进化提供了精英向导。在金沙江下游梯级水电站多目标兴利调度中的应用表明,所提方法可均衡优化发电、通航两个目标,且求解精度高、非劣解集分布性好,为求解复杂梯级水电站多目标优化调度问题提供了一种新思路。     

基于遗传算法的氢发动机优化控制研究

建立了氢发动机动力性、经济性及排放特性与发动机运转参数间的优化控制模型,并通过Pareto秩与决策偏好相结合的多目标优化算法,在寻优过程中使多个目标的优化过程并行进行,实现了解的Pareto最优性,并使解向决策偏好的方向收敛,提高了收敛速度;同时通过加权函数实现了决策偏好随氢发动机运转工况的动态调整,从而将分变量、分目标、分工况的控制统一为单目标的集成优化控制技术.为解决氢燃料发动机优化目标的多样化和复杂化控制问题,以及进一步提高控制精度开辟了新途径.     

基于遗传算法的离心压缩机蜗壳参数化及多目标优化

排气蜗壳对离心压缩机的整体性能、工作范围有直接且不可忽视的影响.排气蜗壳由于其完全三维的、湍流的内部流动会引起蜗壳进口周向压力畸变,从而影响上游部件的流动稳定性.本工作针对先进压缩空气储能系统离心压缩机排气蜗壳进行多目标优化设计,提出了一种可变截面形状的参数化设计方法.以总压损失系数和静压恢复系数为优化目标变量,采用多个控制面和控制点的方式对离心压缩机蜗壳截面参数进行全周控制,结合最优拉丁超立方试验设计方法和全三维CFD数值方法生成样本空间,利用二代非支配排序遗传算法对Kriging近似模型进行多目标寻优,建立优化平台和优化方法.研究结果表明:优化后的截面形状能够减小通流截面旋涡中心的剪切应力,使排气蜗壳内部通流速度分布更加均匀;优化方案在设计工况下整级等熵效率提高了 0.45％,压比提高了 0.36％;与初始模型相比,优化后的排气蜗壳可以有效改善离心压缩机的整体性能.本研究有助于推动数值优化设计方法在离心压缩机排气蜗壳中的应用,为高性能、低总压损失离心压缩机的优化设计提供参考.     

基于热力学和动力学联合仿真的凸轮型线优化

为提升汽油发动机系统性能、降低爆震风险,建立了基于GT-Power的整机热力学和阀系动力学联合仿真模型,并结合Isight多目标遗传优化算法,对发动机凸轮型线的13个设计变量进行了优化设计,该设计同时满足8个阀系的动力学约束函数,具有5个优化目标.经优化后得到了帕累托(Pareto)解集,与现有凸轮型线设计相比,优化后的各目标性能均有不同程度的改善.另外,通过信噪比计算对帕累托解集的稳健性进行了评估,结果表明优化解的稳健性优于非优化解.该优化设计方案已应用到项目前期预研中,其优化及评估方法对发动机产品设计具有一定的指导作用.     

迷宫密封结构设计优化

耦合Kriging代理模型、迷宫密封参数化方法和自适应差分进化算法,在数值验证的基础上,完成了某迷宫式密封多目标鲁棒性设计优化.优化时,选取压比和密封间隙作为不确定性变量,同时选取齿厚等10个几何参数作为优化变量,以迷宫密封泄漏量的均值及其方差最小为目标,进行多目标优化.优化后,在给定压比和间隙条件下,最优设计泄漏量降低了29.85%,在压比及间隙同时变化时,密封性能提升同样明显,从而验证了多目标设计优化方法的正确性.     

基于改进多目标蝙蝠算法的洛河流域水库优化调度

为了发挥水资源综合利用的最大效益,实现水库发电和供水效益双赢的优化调度需求,以水库发电量最大和水库下游用水区域总缺水量最小为目标建立了多目标优化调度模型。同时,提出改进多目标蝙蝠算法(IMOBA)用于求解多目标优化调度模型,该算法引入外部精英蝙蝠集EBS()来存储算法寻优过程中的非劣解,设计一种基于混沌原理的脉冲发射率生成机制来增强算法的搜索能力,并加入变异操作以提高算法的种群多样性。将改进多目标蝙蝠算法应用在洛河流域故县水库,得到丰、平、枯三种典型年下的故县水库调度方案集。结果表明,IMOBA算法合理有效且优于多目标蝙蝠算法(MOBA),能较好地反映洛河流域故县水库的发电和供水要求。同时验证了多目标优化调度模型的可行性,为流域水库多目标优化调度方案的制定提供了新途径。     

基于整车性能的重型车用发动机优化配置

以一款载重卡车动力总成选配为例,根据国家标准和实际使用状况,以动力性和经济性为评价目标,通过模拟计算和试验对可供选配的三款发动机进行匹配计算和分析。结果表明：样车配置A款发动机的性能优于B款发动机,而配置经改进后的B款发动机(C款)其性能有了明显的提高;若实现整车和发动机的同步开发,可以大幅提高整车的动力性、经济性。为整车动力总成优化和车用发动机的特性优化提供了可行的技术路线。     

可逆式水泵水轮机多目标优化设计及流动研究

传统水泵水轮机设计方法设计周期长、成本高,且十分依赖于设计经验。为此,介绍了一套适用于水泵水轮机设计的多目标优化设计系统,利用该优化设计系统,以叶片载荷和叶片倾角为优化变量,以水泵额定工况点的机组效率、水泵空化性能、水轮机额定工况点的机组效率及水轮机最优工况机组效率为优化目标,对某抽水蓄能电站的水泵水轮机转轮进行了优化设计,得到了优化转轮。结果表明,该系统非常适用于转轮多目标开发设计,相比于初始转轮,优化后转轮4个优化目标均得到不同程度的提升;在水轮机额定工况下转轮流线分布明显改善,有效提高了转轮叶片最低压力值。     

发动机可变长度进气歧管系统的优化设计研究

以发动机进气歧管长度、直径和不同长度的进气歧管切换的发动机转速等为设计变量,以发动机进气系统的充气效率、低速扭矩及其转速、最大扭矩及其转速和最大功率等为优化目标,应用发动机热力学和性能分析商用软件GT-POWER进行多目标优化仿真计算,确定优化设计方案;然后制作快速成型样件,通过试验验证计算结果,从而完成发动机可变进气歧管的优化设计。     

汽油机动力性能试验设计与多目标优化研究

针对某高速汽油机中低转速工况下动力性能较差的实际问题，分别建立发动机一维模型和三维模型，计算分析导致汽油机在中低转速工况下动力性能差的原因并确定优化参数。在此基础上利用试验设计方法（design of experiment， DOE）分析了多影响因素共同作用对发动机动力性能的影响，随后采用遗传算法对原发动机动力性能进行多目标优化。优化结果显示汽油机在目标转速工况下的转矩和功率都有10%以上的提升，在中低转速工况下的动力性能得到较大提升。最后根据优化结果试制样机并进行台架试验，结果显示在5 000 r/min转速工况下，样机的转矩和功率分别提升29.7%和28.1%，样机相较于原机在中低转速工况下动力性能有较大提升，解决了原发动机在中低转速工况下动力性能较差的实际工程问题。     

水资源水量水质保护的多目标耦合模型设计

为优化配置水资源,提高水资源质量,提出水资源水量水质保护的多目标耦合模型设计方法,将可供水量、需水量、水环境综合评价指数、水质总量、水量平衡作为约束条件,将生态环境效益、经济效益和社会效益作为优化目标构建水资源水量水质保护的多目标耦合模型,采用粒子群优化算法求解水资源水量水质保护的多目标耦合模型。试验结果表明,经过所提模型优化后水资源质量提高,水资源需求量降低,验证了所提方法的有效性。     

发动机性能数字式开发平台的构建与应用

本文针对车用发动机性能开发提出了一套始于整车动力性、经济性,止于发动机主要设计参数确定的正向开发流程与软件平台。该平台以大量整车与发动机性能实测数据的分析、整理以及对发动机设计与性能参数之间的内在联系为基础,以整车设计参数及动力性设计指标作为输入参数,以发动机的主要设计参数,诸如排量、缸数、缸径/行程比、吸气方式、气道设计参数、进排气系统参数(如直径、长度、联接方式等)、进排气系统压力损失控制范围以及增压器参数(流量、压比)等为输出结果。本平台的开发不仅为汽车整车性能模拟计算提供了一套便捷方法,而且可为实现整车动力性、经济性目标所需的发动机主要设计与性能参数的确定、以及性能计算建模时边界条件的确定提供理论依据与实践指导,对整车与发动机性能的正向开发具有指导意义。